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【设计大赛】做个简单的反激电源

参赛类型:开关电源

近来电源网搞活动,刚好手头事情清完,有点时间也就个热闹.

先看看供应商送的外壳样品,有好几个抽屉,应该是积累了多年的结果!

挑了个小的,测了下三围,长约83.5毫米

 

 

宽约42毫米,

 

高约30.5毫米

 

全景加上内部图:

  

 

外壳厚2.5-2.6毫米,两侧面长75毫米,去除厚度,PCB的两边不会超过70毫米,假设锡点高2毫米,PCB厚1.6毫米,元件的高度要限制在22毫米左右,由于外壳的弧形结构,四周的元件要矮一点.

算下体积,做个反激24W左右的电源应该可以,就按12V2A做吧.

 

 

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2012-05-16 15:12

接着应该定个方案了,先选IC,反激这一块可选的IC真是不能再多了,公司里常用的是昂宝这个品牌,这个功率段用OB2263不会有问题,由于体积有点小,优选贴片的,同样很多元件都应该以贴片为主.....

接下来就按OB2263设计电路图.....

完成的原理图,是按OB的典型应用设计的,

 

电脑上没有PDF生成软件,只好截图....

下面是各部分,输入滤波/整流

 

PWM及VCC供电部分:

 

输出和电压取样部分:

 

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mko145
LV.8
3
2012-05-16 17:21
@qinzutaim
接着应该定个方案了,先选IC,反激这一块可选的IC真是不能再多了,公司里常用的是昂宝这个品牌,这个功率段用OB2263不会有问题,由于体积有点小,优选贴片的,同样很多元件都应该以贴片为主.....接下来就按OB2263设计电路图.....完成的原理图,是按OB的典型应用设计的,[图片] 电脑上没有PDF生成软件,只好截图....下面是各部分,输入滤波/整流[图片] PWM及VCC供电部分:[图片] 输出和电压取样部分:[图片] 
线路图很清楚 
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2012-05-16 17:31
@qinzutaim
接着应该定个方案了,先选IC,反激这一块可选的IC真是不能再多了,公司里常用的是昂宝这个品牌,这个功率段用OB2263不会有问题,由于体积有点小,优选贴片的,同样很多元件都应该以贴片为主.....接下来就按OB2263设计电路图.....完成的原理图,是按OB的典型应用设计的,[图片] 电脑上没有PDF生成软件,只好截图....下面是各部分,输入滤波/整流[图片] PWM及VCC供电部分:[图片] 输出和电压取样部分:[图片] 

先说下输入滤波/整流部分元件取值估计方法:

重传下这部分电路,方便观看

 

由于PCB的面积较小,而保险要求的距离要2.5毫米以上,为方便布局并节省空间,把保险丝放到输入的最前.假设输出24W,允许最大输出为1.2倍,效率假设为80%,最低输入交流85V,加上只有电容滤波,PF值约0.5,那么输入电流有效值约为

IAC=24*1.2/0.8/85/0.5,约等于0.85A;

由于温度降额,开机冲击等原因,这个保险丝取值应该在1A以上,而且保险的作用并不在于保护后面元件的安全,只要求能断开电网,所以取个2A250V的值.

输入端离外壳比较近,元件不能用太高的,X电容用了小体积(约13*12*6)的,容量只有0.1微法,R1,R2为放电电阻,要求断开电源1秒后X电容上的电压降到安全范围内,经计算,1.5M以下完全满足要求,但要满足耐压,还得用二个电阻串联.

接下来是桥堆,按保险丝算出来的电流取就可以,耐压同样要满足,个子也尽量小,用了个KBP206.

共模电感也是按经验用的,40W以下一般是UU9.8,这颗料常见成本也低,考虑到X电容偏小,在桥堆和电感之间加入一个聚酯类的电容,好处是可以做到小体积大容量.

电解电容也是按2微法/W的经验值取,这里用47微法.

C1,C7是小容量贴片高压电容,如果做EMI的话可以按需要取舍.

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wuyuki
LV.5
5
2012-05-16 21:26
@qinzutaim
先说下输入滤波/整流部分元件取值估计方法:重传下这部分电路,方便观看[图片] 由于PCB的面积较小,而保险要求的距离要2.5毫米以上,为方便布局并节省空间,把保险丝放到输入的最前.假设输出24W,允许最大输出为1.2倍,效率假设为80%,最低输入交流85V,加上只有电容滤波,PF值约0.5,那么输入电流有效值约为IAC=24*1.2/0.8/85/0.5,约等于0.85A;由于温度降额,开机冲击等原因,这个保险丝取值应该在1A以上,而且保险的作用并不在于保护后面元件的安全,只要求能断开电网,所以取个2A250V的值.输入端离外壳比较近,元件不能用太高的,X电容用了小体积(约13*12*6)的,容量只有0.1微法,R1,R2为放电电阻,要求断开电源1秒后X电容上的电压降到安全范围内,经计算,1.5M以下完全满足要求,但要满足耐压,还得用二个电阻串联.接下来是桥堆,按保险丝算出来的电流取就可以,耐压同样要满足,个子也尽量小,用了个KBP206.共模电感也是按经验用的,40W以下一般是UU9.8,这颗料常见成本也低,考虑到X电容偏小,在桥堆和电感之间加入一个聚酯类的电容,好处是可以做到小体积大容量.电解电容也是按2微法/W的经验值取,这里用47微法.C1,C7是小容量贴片高压电容,如果做EMI的话可以按需要取舍.

支持个

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2012-05-16 21:29
这么晚参赛。。。。照样支持。。。。。
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2012-05-17 09:38
@dxsmail
这么晚参赛。。。。照样支持。。。。。
也不晚啊,离投票还差得远呢,估计还有好多参赛选手都没出场
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2012-05-17 09:39
@wuyuki
支持个
谢谢支持......
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2012-05-17 10:31
@qinzutaim
先说下输入滤波/整流部分元件取值估计方法:重传下这部分电路,方便观看[图片] 由于PCB的面积较小,而保险要求的距离要2.5毫米以上,为方便布局并节省空间,把保险丝放到输入的最前.假设输出24W,允许最大输出为1.2倍,效率假设为80%,最低输入交流85V,加上只有电容滤波,PF值约0.5,那么输入电流有效值约为IAC=24*1.2/0.8/85/0.5,约等于0.85A;由于温度降额,开机冲击等原因,这个保险丝取值应该在1A以上,而且保险的作用并不在于保护后面元件的安全,只要求能断开电网,所以取个2A250V的值.输入端离外壳比较近,元件不能用太高的,X电容用了小体积(约13*12*6)的,容量只有0.1微法,R1,R2为放电电阻,要求断开电源1秒后X电容上的电压降到安全范围内,经计算,1.5M以下完全满足要求,但要满足耐压,还得用二个电阻串联.接下来是桥堆,按保险丝算出来的电流取就可以,耐压同样要满足,个子也尽量小,用了个KBP206.共模电感也是按经验用的,40W以下一般是UU9.8,这颗料常见成本也低,考虑到X电容偏小,在桥堆和电感之间加入一个聚酯类的电容,好处是可以做到小体积大容量.电解电容也是按2微法/W的经验值取,这里用47微法.C1,C7是小容量贴片高压电容,如果做EMI的话可以按需要取舍.

接下来说说PWM部分,原理图如下:

 

R3,R4,E2组成IC的启动电源,基本上按厂家给的数据赋值,实际上这个回路是有算法的,要求IC输出一个驱动信号之后电容上的电压不能低于IC的关闭电压值.

插个不是题外的题外话:据我所知,有几家电源厂考试时会考到这个问题,就是问应试者怎么取启动电源的元件数值,也不知道是哪个厂家开始搞的.这个对基础知道要求还是挺严的,包含了IC,电容,电阻的基本知识,如耐压,漏电流等等.

IC第一脚接地,是输入/输出信号和电源的公用端;2脚反馈,外接光电耦合器的集电极,并一个用于滤除高频信号的小容量电容;3脚外接电阻到地可以改变IC的工作频率,这里取推荐值100K;4脚电流感应信号输入端,内部已经有延时,小功率应该时一般不用再外加RC延时;5脚为IC的供电端;6脚驱动信号输出,外接的R6,R7,D5可以改变驱动信号对MOS输入电容的充放电速度,进而对开关波形的上升下降沿作调整,有利于EMI整改,R8主要作用是泄放MOS栅-源间积累的电荷,一般取值几K到40-50K,按经验用10K.

C6也用于改善开关波形,一般100P以下常用,做EMI时按需取舍,先留个位置.

CY1是安规电容,由于漏电流的规定,取值不大于103,算法比较麻烦,可以按经验取值,具体可以在EMI整改时调整.

D6,C5,R12,R13是MOS的吸收回路,要保证MOS不会因为变压器感应的反射电压和漏感造成的尖峰击穿.同时它们也会引起损耗,因此取值时得有个折衷.

R9,R10,R11用于将开关电流转换成电压,具体的取值要看变压器设计了.

 

 

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zchen6127
LV.2
10
2012-05-17 10:41
@qinzutaim
也不晚啊,离投票还差得远呢,估计还有好多参赛选手都没出场[图片]

可行

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zchen6127
LV.2
11
2012-05-17 10:57
@qinzutaim
先说下输入滤波/整流部分元件取值估计方法:重传下这部分电路,方便观看[图片] 由于PCB的面积较小,而保险要求的距离要2.5毫米以上,为方便布局并节省空间,把保险丝放到输入的最前.假设输出24W,允许最大输出为1.2倍,效率假设为80%,最低输入交流85V,加上只有电容滤波,PF值约0.5,那么输入电流有效值约为IAC=24*1.2/0.8/85/0.5,约等于0.85A;由于温度降额,开机冲击等原因,这个保险丝取值应该在1A以上,而且保险的作用并不在于保护后面元件的安全,只要求能断开电网,所以取个2A250V的值.输入端离外壳比较近,元件不能用太高的,X电容用了小体积(约13*12*6)的,容量只有0.1微法,R1,R2为放电电阻,要求断开电源1秒后X电容上的电压降到安全范围内,经计算,1.5M以下完全满足要求,但要满足耐压,还得用二个电阻串联.接下来是桥堆,按保险丝算出来的电流取就可以,耐压同样要满足,个子也尽量小,用了个KBP206.共模电感也是按经验用的,40W以下一般是UU9.8,这颗料常见成本也低,考虑到X电容偏小,在桥堆和电感之间加入一个聚酯类的电容,好处是可以做到小体积大容量.电解电容也是按2微法/W的经验值取,这里用47微法.C1,C7是小容量贴片高压电容,如果做EMI的话可以按需要取舍.

共模电感放在整流后面比放在整流前面有什么好处吗?等代

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wj_12691495
LV.8
12
2012-05-17 10:59
@zchen6127
可行[图片]
支持
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jarey_jh
LV.1
13
2012-05-17 14:59
@qinzutaim
接着应该定个方案了,先选IC,反激这一块可选的IC真是不能再多了,公司里常用的是昂宝这个品牌,这个功率段用OB2263不会有问题,由于体积有点小,优选贴片的,同样很多元件都应该以贴片为主.....接下来就按OB2263设计电路图.....完成的原理图,是按OB的典型应用设计的,[图片] 电脑上没有PDF生成软件,只好截图....下面是各部分,输入滤波/整流[图片] PWM及VCC供电部分:[图片] 输出和电压取样部分:[图片] 
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2012-05-17 15:01

很牛B。。。。

这个做24W的。。。类似IPAD的的适配器。。。有点热。。。

效率不懂得怎样??

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2012-05-17 15:02
@zchen6127
共模电感放在整流后面比放在整流前面有什么好处吗?等代
理论上应该一样的,我放这里只是为了方便布板.
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2012-05-17 15:34
@qinzutaim
接下来说说PWM部分,原理图如下:[图片] R3,R4,E2组成IC的启动电源,基本上按厂家给的数据赋值,实际上这个回路是有算法的,要求IC输出一个驱动信号之后电容上的电压不能低于IC的关闭电压值.插个不是题外的题外话:据我所知,有几家电源厂考试时会考到这个问题,就是问应试者怎么取启动电源的元件数值,也不知道是哪个厂家开始搞的.这个对基础知道要求还是挺严的,包含了IC,电容,电阻的基本知识,如耐压,漏电流等等.IC第一脚接地,是输入/输出信号和电源的公用端;2脚反馈,外接光电耦合器的集电极,并一个用于滤除高频信号的小容量电容;3脚外接电阻到地可以改变IC的工作频率,这里取推荐值100K;4脚电流感应信号输入端,内部已经有延时,小功率应该时一般不用再外加RC延时;5脚为IC的供电端;6脚驱动信号输出,外接的R6,R7,D5可以改变驱动信号对MOS输入电容的充放电速度,进而对开关波形的上升下降沿作调整,有利于EMI整改,R8主要作用是泄放MOS栅-源间积累的电荷,一般取值几K到40-50K,按经验用10K.C6也用于改善开关波形,一般100P以下常用,做EMI时按需取舍,先留个位置.CY1是安规电容,由于漏电流的规定,取值不大于103,算法比较麻烦,可以按经验取值,具体可以在EMI整改时调整.D6,C5,R12,R13是MOS的吸收回路,要保证MOS不会因为变压器感应的反射电压和漏感造成的尖峰击穿.同时它们也会引起损耗,因此取值时得有个折衷.R9,R10,R11用于将开关电流转换成电压,具体的取值要看变压器设计了.  

最后说下输出和电压取样反馈部分,电路原理图如下:

 

D7是整流管,一般情况下,参数要求正向电流大于等于3倍输出电流,具体算法不再说明;反向耐压大于(初级最高电压除以初次级匝数比+输出电压),并留有一定余量.按经验这里用100V的管子就行,因体积较小,设定电流10A,可以减少发热量.

R15,C4是整流管的吸收回路,对整流管的电压波形起调整作用,并防止过高的尖锋电压损坏整流管;对EMI整改有用.

R16,R21是假负载,对电源轻载时的稳定性有作用,并不一定用到,先留位置.

E3,E4,E5是储能电容,可以说输出部分的能量都要由它们提供,对它们的要求是内阻越小越好,能承受的纹波电流越大越好;

R17,R18,R19为电阻分压取样网络,通过调整它们的值可以确定输出电压,这里输出电压约为基准电压*(R19/(R18//R17)),图中用431作基准,基准电压约为2.495V,算出来输出电压约为12.3V.

R20为光耦限流电阻,C3是431本身的一个反馈网络,为简单化,只用了一个105的电容.

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2012-05-17 15:49
PCB布板中,这外框还真有点费神........
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2012-05-18 09:03
@qinzutaim
PCB布板中,这外框还真有点费神........[图片]

完成的PCB文件:

 

用了立式EE25变压器,为了过安规,次级用飞线引出;DS吸收回路中的电容也改成贴片的;为降低高度,MOS和肖特基的焊盘孔都加大,元件可以直接贴到板上.

面积受限,将Y电容骑到光耦上面;

前面开槽用于焊接AC线,后面的方便放置线卡.

同时生成DXF文件,用于绘制散热片.

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2012-05-18 09:18
@qinzutaim
完成的PCB文件:[图片] 用了立式EE25变压器,为了过安规,次级用飞线引出;DS吸收回路中的电容也改成贴片的;为降低高度,MOS和肖特基的焊盘孔都加大,元件可以直接贴到板上.面积受限,将Y电容骑到光耦上面;前面开槽用于焊接AC线,后面的方便放置线卡.同时生成DXF文件,用于绘制散热片.

用CAD做的散热器图纸:

 

2毫米厚,铝制.

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zhuwang
LV.1
20
2012-05-18 10:50
强力支持楼主!小电源见大功力。
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2012-05-18 10:52
@qinzutaim
完成的PCB文件:[图片] 用了立式EE25变压器,为了过安规,次级用飞线引出;DS吸收回路中的电容也改成贴片的;为降低高度,MOS和肖特基的焊盘孔都加大,元件可以直接贴到板上.面积受限,将Y电容骑到光耦上面;前面开槽用于焊接AC线,后面的方便放置线卡.同时生成DXF文件,用于绘制散热片.

很不错。。。这个壳子我看过。。。

有点薄。。。。

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asouth
LV.8
22
2012-05-18 10:59
好好学习一下!
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2012-05-18 14:58
@qinzutaim
完成的PCB文件:[图片] 用了立式EE25变压器,为了过安规,次级用飞线引出;DS吸收回路中的电容也改成贴片的;为降低高度,MOS和肖特基的焊盘孔都加大,元件可以直接贴到板上.面积受限,将Y电容骑到光耦上面;前面开槽用于焊接AC线,后面的方便放置线卡.同时生成DXF文件,用于绘制散热片.

其实在布板之前已经对变压器进行选取,个人习惯按AP法选用磁芯,由于整机高度和PCB面积限制,只能选小一点的,相同频率相同功率下断续模式用的磁芯要小一点,决定以断续模式计算磁芯。

AP值的公式:

AP=Aw*Ae=Pt*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*ŋ]

其中Pt=Po+Po/ ŋ

Pt:视在功率,单位W

Po:变压器的输出功率,单位W

ŋ :变压器的效率,小功率一般选0.9-0.95,选0.92

ko:窗口的铜填充系数,一般选0.3-0.5,这里考虑到安规,会用三层绝缘线做次级,用0.3

kc:磁芯填充系数,对于铁氧体=1

fosc:磁芯工作频率,单位HZ

j:电流密度,一般取j=5A/mm2

Bm:变压器工作磁通,单位高斯

AP值的单位,CM的4次方.

这里的变压器输出电压约(12.3V+0.6V),0.6V是肖特基二极管正向电压降;电流是2.4A(设过电流点为正常输出电流的120%);变压器输出功率是31W.

工作于断续模式,BM取2000高斯,得到AP值为0.18。

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2012-05-18 15:46
@qinzutaim
其实在布板之前已经对变压器进行选取,个人习惯按AP法选用磁芯,由于整机高度和PCB面积限制,只能选小一点的,相同频率相同功率下断续模式用的磁芯要小一点,决定以断续模式计算磁芯。AP值的公式:AP=Aw*Ae=Pt*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*ŋ]其中Pt=Po+Po/ŋPt:视在功率,单位W;Po:变压器的输出功率,单位W;ŋ:变压器的效率,小功率一般选0.9-0.95,选0.92;ko:窗口的铜填充系数,一般选0.3-0.5,这里考虑到安规,会用三层绝缘线做次级,用0.3;kc:磁芯填充系数,对于铁氧体=1;fosc:磁芯工作频率,单位HZ;j:电流密度,一般取j=5A/mm2Bm:变压器工作磁通,单位高斯AP值的单位,CM的4次方.这里的变压器输出电压约(12.3V+0.6V),0.6V是肖特基二极管正向电压降;电流是2.4A(设过电流点为正常输出电流的120%);变压器输出功率是31W.工作于断续模式,BM取2000高斯,得到AP值为0.18。

算好了,按磁芯的规格表选磁芯,要求稍大于计算值,同时还得注意高度等要求,对着表看下可选的磁芯还真没几个,用常见的EE25/19吧。。。。

这也不知道哪位前辈的劳动成果(真记不起来了),网上找来的,在此谢过!

CORE AP 

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elven_boy
LV.4
25
2012-05-18 16:23
@asouth
好好学习一下!
给力的解析
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linug
LV.4
26
2012-05-18 17:26
师长,能不能把资料发给我,我想跟着你的脚步DIY一个出来学习学习,邮箱:linug@163.com
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wy59318265
LV.2
27
2012-05-18 17:47

OB2263太熟悉了,以前的供TEL机顶盒适配器5V2A。每个月退货几箩筐,修惨了。离开原来的公司做的最后一款也是用OB2263做48W的电源

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2012-05-19 08:22
@wy59318265
OB2263太熟悉了,以前的供TEL机顶盒适配器5V2A。每个月退货几箩筐,修惨了。离开原来的公司做的最后一款也是用OB2263做48W的电源
哦!这么熟悉啊!不如你也上个电源参加比赛呀!
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2012-05-19 08:57
@linug
师长,能不能把资料发给我,我想跟着你的脚步DIY一个出来学习学习,邮箱:linug@163.com

可以的,不过板已经发出打样,现在的PCB却改成这样了:

 

整体没什么变化,400V电解电容阳极处的跳线J1取消了,要加工一下电解电容才好插件.

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2012-05-19 09:07
@qinzutaim
可以的,不过板已经发出打样,现在的PCB却改成这样了:[图片] 整体没什么变化,400V电解电容阳极处的跳线J1取消了,要加工一下电解电容才好插件.

不发邮箱了,想DIY就这里直接下吧,只上PCB文件,原理图上面已经有了,将就看吧

DDB文件,解压缩后用PROTEL99SE打开.

20120501 

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jacking1
LV.3
31
2012-05-19 11:16
@qinzutaim
其实在布板之前已经对变压器进行选取,个人习惯按AP法选用磁芯,由于整机高度和PCB面积限制,只能选小一点的,相同频率相同功率下断续模式用的磁芯要小一点,决定以断续模式计算磁芯。AP值的公式:AP=Aw*Ae=Pt*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*ŋ]其中Pt=Po+Po/ŋPt:视在功率,单位W;Po:变压器的输出功率,单位W;ŋ:变压器的效率,小功率一般选0.9-0.95,选0.92;ko:窗口的铜填充系数,一般选0.3-0.5,这里考虑到安规,会用三层绝缘线做次级,用0.3;kc:磁芯填充系数,对于铁氧体=1;fosc:磁芯工作频率,单位HZ;j:电流密度,一般取j=5A/mm2Bm:变压器工作磁通,单位高斯AP值的单位,CM的4次方.这里的变压器输出电压约(12.3V+0.6V),0.6V是肖特基二极管正向电压降;电流是2.4A(设过电流点为正常输出电流的120%);变压器输出功率是31W.工作于断续模式,BM取2000高斯,得到AP值为0.18。
断续模式跟连续模式计算磁芯Ap的方法有什么不同吗?
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